Erstmals kleine Plasmawirbel auf detailliertester Sonnenoberflächenaufnahme entdeckt

Wissenschaftler haben erstmals direkt kleine, wirbelartige Strukturen auf der sichtbaren Oberfläche der Sonne beobachtet, die zuvor durch theoretische Modelle vorhergesagt wurden. Die US-amerikanische National Science Foundation National Solar Observatory (NSF NSO) gab am 5. August bekannt, dass diese Strukturen in Übereinstimmung mit dem physikalischen Phänomen der sogenannten „Kelvin-Helmholtz-Instabilität“ identifiziert wurden.

Laut der in Nature veröffentlichten Studie wurden die Beobachtungen mit dem Daniel K. Inouye Solar Telescope auf der hawaiianischen Insel Maui durchgeführt. Das Teleskop mit seinem 4 Meter durchmessenden Hauptspiegel gilt als das größte Solarteleskop der Welt und lieferte eine der hochauflösendsten Oberflächenaufnahmen der Sonnenphotosphäre, die jemals erzielt wurden.

WIE ENTSTEHEN DIE WIRBEL?

Die Kelvin-Helmholtz-Instabilität ist ein grundlegender physikalischer Prozess, der an der Grenze zwischen zwei Fluiden auftritt, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen. Die durch den Geschwindigkeitsunterschied erzeugte Scherung kann anfänglich kleine Störungen mit der Zeit in Wellen und Wirbel verwandeln. Ähnliche Beispiele sind bei Wolkenbildungen in der Atmosphäre, in Ozeanen und in astrophysikalischen Plasmen zu beobachten.

Auf der Sonne verläuft der Prozess aufgrund der Wechselwirkung des aus elektrisch geladenen Teilchen bestehenden Plasmas mit starken Magnetfeldern komplexer. Das Forschungsteam identifizierte kleine Wirbel, die sich an den Rändern von Magnetfeldkonzentrationen schnell bilden und wieder auflösen, sowie feine dunkle Streifen, die als „Striations“ bezeichnet werden. Die Übereinstimmung der Beobachtungen mit Computersimulationen und theoretischen Berechnungen stärkte den Zusammenhang der Strukturen mit der Kelvin-Helmholtz-Instabilität.

NEUE HINWEISE AUF DAS KORONA-RÄTSEL

Die Entdeckung ist auch für eines der seit langem diskutierten Probleme der Sonnenphysik von Bedeutung. Während die Oberfläche der Sonne etwa 5.500 Grad Celsius heiß ist, kann die Korona, die äußere Atmosphäre tausende Kilometer über der Oberfläche, in einigen Regionen Millionen Grad erreichen. Dass die Korona viel heißer ist, obwohl man eigentlich einen Temperaturabfall mit zunehmender Entfernung von der Wärmequelle erwarten würde, gehört zu den Fragen, auf die Wissenschaftler seit etwa einem Jahrhundert Antworten suchen.

Die Forscher bewerten die neu beobachteten kleinräumigen Wirbel als einen der Mechanismen, die Bewegungsenergie aus der unteren Sonnenatmosphäre in die oberen Schichten transportieren könnten. Diese Energie könnte auf kleinere Skalen übertragen werden, sich in Wärme umwandeln und zur Erwärmung der Korona beitragen. Experten betonen jedoch, dass der Anteil dieser Wirbel am gesamten Energietransfer noch nicht geklärt ist.

Ein weiterer möglicher Beitrag der Studie liegt im Verständnis von Sonneneruptionen und Weltraumwetterereignissen. Wenn die in den Magnetfeldern der Sonne gespeicherte Energie plötzlich freigesetzt wird, können Strahlung und Plasma in den Weltraum geschleudert werden; erreicht dieser Prozess die Erde, kann er geomagnetische Stürme auslösen, die Satelliten, Funkkommunikation, Navigationssysteme und in einigen Fällen Stromnetze beeinträchtigen können.

Das nächste Ziel des Forschungsteams ist die Entwicklung von Algorithmen, die diese kleinen Wirbel in den hochauflösenden Daten des Inouye Solar Telescope automatisch erkennen können. Auf diese Weise lässt sich detaillierter berechnen, wie verbreitet diese Strukturen sind, wie viel Energie sie transportieren und wie viel dieser Energie die obere Sonnenatmosphäre erreichen kann.

Nachrichtenquelle: 12punto